基于层次分析法的重庆山区矿山泥石流潜势度评价

文光菊，邓文杰，杨 乐，彭海游，谢晓彤(1.外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室(重庆地质矿产研究院),重庆 400042；2.重庆市地质灾害自动化监测工程技术研究中心(重庆地质矿产研究院)，重庆 400042；.重庆川东南地质工程勘察设计院，重庆 40008)

基于层次分析法的重庆山区矿山泥石流潜势度评价

文光菊1,2，邓文杰3，杨 乐1,2，彭海游1,2，谢晓彤1,2
(1.外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室(重庆地质矿产研究院),重庆 400042；2.重庆市地质灾害自动化监测工程技术研究中心(重庆地质矿产研究院)，重庆 400042；3.重庆川东南地质工程勘察设计院，重庆 400038)

重庆是典型的山地城市，矿产资源丰富，降水充沛，为矿山泥石流灾害较为严重的城市。为分析重庆山区孕育矿山泥石流灾害的地质环境特征，本文选取渣堆坡角、渣堆高度、渣堆堆积时间等13个因子构建了矿山泥石流潜势度评价指标体系，利用层次分析法确定各指标权重，建立了矿山泥石流潜势度综合指数评价模型，并以秀山溪口矿山泥石流为研究对象，通过计算得到研究区矿山泥石流潜势度指数为8.51，区内地质环境孕育矿山泥石流的潜在能力高，评价结果与实际情况吻合。

矿山泥石流；潜势度；层次分析法；重庆

重庆是典型的山地城市，地形陡峭，矿产资源丰富，降水充沛，具备矿山泥石流形成的基本条件。随着山区工程建设活动的逐年增加，矿山环境不合理破坏；加之以往忽略对矿山环境的有效保护，使得矿区地质环境恶化，以至于此类灾害的比例也逐年上升，并造成严重的经济损失和社会影响。因此，如何早期警示矿山泥石流灾害，有效避免灾害的发生是矿山泥石流研究领域亟需解决的一项课题。

潜势度[1-2]源于区域地质灾害四度分析理论，它是指某一区域在没有任何外界诱发因素(如降雨、地震和人类活动)的影响下地质环境自身孕育地质灾害的潜在能力，代表着一个地区地质环境的特征，是矿山泥石流灾害趋势预测的基础。我国矿山泥石流研究起步晚，是我国泥石流研究领域的薄弱环节。目前，针对矿山泥石流潜势度的研究更是欠缺，尚未形成体系，仅徐友宁、莫时雄、方茜娟等分别对陕西、广西、豫西的栾川地区的金属矿山进行了研究[3-7]。为有效的进行矿山泥石流减灾防灾，矿山泥石流潜势度研究仍需加强。本文在已有成果的基础上，将评价指标细化，构建了适用于重庆山区矿山泥石流潜势度的评价体系，以期掌握重庆市矿山泥石流的发育程度，并对预防、减轻矿山泥石流灾害奠定基础。

1 重庆山区矿山泥石流概况

1.1 物源条件

重庆市矿产资源较丰富，已发现矿产68种，并且其中17种资源储量位于全国前10位[8]。丰富的矿产资源，开采过程中势必会形成大量的矿渣。根据现场调查，仅奉节汾河流域，流域面积约130 km2，存在31座不同规模的矸石山，矿渣总量达3.7057×106m3；位于秀山县溪口镇境内的汞矿，经多年开采，矿渣堆最高达93 m，堆积方量近1.45×106m3；万盛区东林煤矿，矸石山于1958年开始堆积，堆放量约4×106m3，总占地面积0.288 km2，已形成一、二、三级矸石山最大坡高达73.1 m。在一个小流域内存在如此大量的松散矿渣，为矿山泥石流的形成提供了丰富的物源。

1.2 地形地貌

重庆市地处四川盆地东部，东侧与秦巴山、武陵山相连，西侧逐渐向川中丘陵过渡，区内地貌明显受地质构造控制，西部多为低山丘陵地貌，海拔标高在500～900 m，往东逐渐变化为低山、中山地貌，海拔标高一般在1 000～2 500 m。全市地形起伏变化较大，东部以深丘、低中山、中山地貌为主，沟谷发育，地形切割强烈，多形成峡谷；西部多为低山丘陵地貌。陡峭的地形为矿渣的起动和搬运创造了有利的条件。

1.3 水动力条件

重庆市属亚热带湿润季风气候区，气候温暖湿润，雨量充沛。据春早夏热，秋雨连绵，无霜期长、光照少、湿度大、气候温和、四季分明、春夏多旱，冬暖多雾的特点。年降水量为955.4～1 519.1 mm，降水量主要集中在5～10月，为年降雨量70%左右，降水量具有东部山区高于西部地区，长江南岸比北岸多的特点。充沛的降雨，为重庆市矿山泥石流的发生提供了足够的水动力条件。

1.4 灾害情况

随着采矿活动的加强，矿区地质环境严重恶化，重庆成为全国矿山泥石流灾害较为严重的城市之一，较典型的一次灾害为南桐东林煤矿矿山泥石流。东林煤矿矸石山于1958年开始堆积，堆放量约4×106m3，形成一、二、三级矸石山，一般边坡高度为20～40 m，最大坡高达73.1 m(图1)。2004年6月5日矸石山南坡发生突然垮塌，造成11人死亡，2005年10月25日，该矸石山南坡新堆放的矸石再次垮塌，造成1人死亡，并严重恶化了矿地关系。

图1 东林煤矿矸石山Fig.1 Gangue hill from the coal mine of Donglin

2 潜势度评价体系

2.1 评价指标

目前，已有的评价指标主要从物质来源和地形地貌条件两方面建立，具体可为松散物质储量、沿程补给物质量、岩石类型、流域面积、相对高差、沟谷纵坡比降、沟岸山坡坡角、坡面形态、堵塞系数、坡耕地面积比、渣堆稳定性和历史上有无泥石流发生等等[3-7]。但描述物质来源的指标较少、较粗略。本文在已有研究的基础上，结合现有调查资料及其可行性，将物源条件进行细化，得到重庆市矿山泥石流潜势度评价指标体系(表1)。

2.2 指标量化赋值

矿山泥石流潜势度评价指标有定性的也有定量的，且定量的指标具有不同量纲。因此，需要将定性指标和定量指标量化，以满足评价数据统一规范量化的要求。本文将各评价指标分值采用具体数值1、5、10为标度分值。其中1代表潜势度低，5代表潜势度中，10代表潜势度高。

2.3 指标权重

多指标综合评价时权重分配不同会直接导致评价对象优劣顺序的改变，因而权重值的合理性、准确性直接影响评价结果的可靠性[9-10]。确定权重的方法很多如专家咨询法、层次分析法、主成分分析法、因子分析法等等。其中，层次分析法是将整个评价系统按各因素间的隶属关系和相互间的影响划分为多个不同的层次，通过逐层比较各种关联因素，确定各层指标因子的相对重要性权值，进而将人的思维过程和经验判断定量化为数学求解，再根据结果进行一致性检验[11]。该方法是一种客观方法，它综合整理了人们的主观判断，易于运用掌握。本文基于20位专家的意见，按照层次分析法的操作过程，获取了矿山泥石流潜势度评价指标的权重(表2)。

表2 指标权重Table 2 Weight of each index

3 综合评价模型

矿山泥石流潜势度采用多因素综合指数法[12-13]进行计算，得到的潜势度综合指数是潜势度评价的综合量化值，可用以评价潜势度的分级，并可根据该值的大小设定阈值对潜势度进行综合分级。矿山泥石流潜势度综合指数通过各评价指标的加权叠加计算获取，其计算模型为：

(1)

式中：Z——矿山泥石流潜势度综合指数；Wi——第i评价指标的权重值；Fi——第i评价指标的赋值。

依据矿山泥石流潜势度综合指数方法提出的潜势度综合分级方案见表3。

表3 矿山泥石流潜势度等级Table 3 Potentiality degree grades of mine debris flow

4 实例

溪口镇位于重庆市秀山县西北角，为构造剥蚀丘陵-中低山地貌，地形复杂，最大海拨高程915 m，山势陡峭，两岸谷坡坡度30°～60°，谷底狭窄沟床纵坡7°～22°，为“V”型峡谷。山脊多呈棱角状；谷坡区植被发育，覆盖率60%以上，从山顶至沟底谷坡大部有残坡积物覆盖，表层为角砾夹粉土，下部为松散碎石土，谷坡堆积物中块石、巨块石含量很少，仅沟底局部可见。

泥石流沟位于溶溪河左岸，流域面积8.95 m2，主沟长1.98 km，平均纵坡15°，主沟两岸呈“V”型峡谷，两岸谷坡坡度35°～70°，相对高差100 m以下的两岸谷坡有大量的残坡积堆积，厚度2～15 m，沟道两岸植被发育，在沟的源头区地形呈圈椅状，残坡积物较发育，沟内水系较为发育，呈树枝状分布，各支流与主沟呈锐角交汇。

泥石流物源主要为秀山县溪口国营水银厂历史开采多年堆渣形成，该渣堆已经严重改变了沟谷地貌，呈现堵沟现状，堆填高度最高达93 m，堆积体积近1.45×106m3(图2)，由于矸石堆积体较松散，粘性差，且堆积量大，为泥石流的主要物源区，上缘的汇水区和中段的物源区构成了该泥石流的形成区；该沟的中下段为泥石流的通区，该沟山口段及沟口段为泥石流的堆积区。沟的形成区主沟段，沟底仅中上段有松散层分布，大部分沟段沟底见基岩，流通区沟底主要为基岩，堆积区沟底为泥石流堆积。

图2 溪口矸石山Fig.2 Gangue hill of Xikou

根据前述指标量化方法，研究区各评价指标量化结果见表4。利用式(1)求得研究区矿山泥石流潜势度综合指数为8.11。根据表3可知，研究区潜势度等级为高，即内内孕育矿山泥石流的条件充足，形成矿山泥石流灾害的潜力为高。

表4 指标量化结果Table 4 Quantizing result of each index

5 结论

(1)从物质来源、地形地貌条件和水动力作用三方面分析了重庆地区矿山泥石流的发育条件，得到重庆市矿产资源丰富，矿渣储量大，地形地貌较陡峭，境内地下水资源丰富及降雨充沛，为矿山泥石流的形成提供了充足条件。

(2)选取渣堆坡角、渣堆高度、渣堆堆积时间等13个因子构建了矿山泥石流潜势度评价指标体系，利用层次分析法确定各指标权重，建立了矿山泥石流潜势度综合指数评价模型。

(3)以秀山溪口矿山泥石流为研究对象，根据矿山泥石流潜势度综合评价方法得到，研究矿山泥石流潜势度综合指数为8.51，则区内地质环境孕育矿山泥石流的潜在能力高。

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Based on the AHP of potentiality degree assessment of mine debris flow in mountainous area of Chongqing

WEN Guangju1,2,DENG Wenjie3,YANG Le1,2,PENG Haiyou1,2,XIE Xiaotong1,2
(1.ChongqingKeyLaboratoryofExogenicMineralizationandMineEnvironment,ChongqingInstituteofGeologyandMineralResources,Chongqing400042,China；2.ChongqingEngineeringResearchCenterofAutomaticMonitoringforGeologicalHazards,ChongqingInstituteofGeologyandMineralResources,Chongqing400042,China； 3.ChongqingSoutheastGeologicalEngineeringInvestigationandDesignInstitute,Chongqing400038,China)

Chongqiong is a typical mountain city with rich mineral resources and abundant rainfall, and it’s also a city that the mine debris flow disaster is serious. To analyze the geological environment characteristics of Chongqing mountain area which maybe give birth to mine debris flow, the assessment index system of potentiality degree was constructed with the angle, height, accumulation time of slag heap and other 10 indices, the weight of each index was calculated by the analytic hierarchy process and the comprehensive index model was established. Taking a mine debris flow in Xikou of Xiushan as an example, by calculating, the index of potentiality degree is 8.11, and it means that the potential ability which may induce mine debris flow is high in this area. The assessment result is consistent with the actual situation.

mine debris flow； potentiality degree； analytic hierarchy process(AHP)； Chongqing

2016-09-07

重庆市国土房管局科技项目(CIGMR1102)

文光菊(1987-)，女，重庆人，硕士研究生，主要从事岩土工程灾害机理与控制研究。E-mail：wwgj87@163.com

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.02.12

P642.23

A

1003-8035(2017)02-0092-05